單片機溫度控制設(shè)計-溫度的采集與處理-大學(xué)畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計學(xué)位論文范文模板參考資料

1、單片機溫度控制設(shè)計 溫度的采集與處理1 緒 論 課題背景隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設(shè)施園藝工程因其涉及學(xué)科廣、科技含量高、與人民生活關(guān)系密切，己越來越受到世界各國的重視。這也為我國大型現(xiàn)代化溫室的發(fā)展提供了極好的機遇，并產(chǎn)生巨大的推動作用。我國的現(xiàn)代化溫室是在引進與自我開發(fā)并進的過程中發(fā)展起來的。我的溫室大棚技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)形成了比較完整和全面的體系。虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統(tǒng)是一種比較智能，經(jīng)濟的方案，適于大力推廣，該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進行采集，然后再進行比較，通過比較對大棚內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進行分析，如果超過溫度限制，溫度報警系統(tǒng)將進行報警，來通知管理人員大棚內(nèi)的溫度超過限制，

2、并調(diào)節(jié)大棚溫度，從而有利于農(nóng)作物的生長，以達到提高產(chǎn)量目的。 課題分析 國內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)是以達到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。智能溫室系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)，它是在普通日光溫室的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代化計算機自控技術(shù)、智能傳感技術(shù)等高科技手段發(fā)展起來的。世界發(fā)達國家

3、荷蘭，美國，英國等大力發(fā)展集成化的溫室產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)研制成功對溫室內(nèi)溫度，濕度，光照，氣體交換，滴灌，營養(yǎng)液循環(huán)等實現(xiàn)計算機自動控制的現(xiàn)代化高科技溫室，甚至于育苗，移栽，清洗，包裝等也是實現(xiàn)了機械化，自動化。此外遙感技術(shù)(Wireless Technology)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Transfer Control Protocel-Internet Protocol /TCP-IP)，控制局域網(wǎng)(Ctroller area network)也逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中。目前，美國已將全球定位系統(tǒng)，遙感遙測等高新技術(shù)應(yīng)用于溫室生產(chǎn)，由82%的溫室使用計算機進行控制，有67%的農(nóng)戶使用計算機，其中27%的農(nóng)

4、戶還用于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。英國的智能溫室系統(tǒng)，西班牙和奧地利的遙控溫室系統(tǒng)都是計算機控制的成功應(yīng)用，另外，德國已將3S技術(shù)(地理信息系統(tǒng)GIS，全球定位系統(tǒng)GPS和遙感技術(shù)RS)應(yīng)用于溫室。我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，溫室技術(shù)的發(fā)展缺比較晚，與國外的技術(shù)相比有很大差距。這主要是我國溫室技術(shù)興起的比較晚的緣故，為了提高這方面的技術(shù)，在自70年代末起，我國先后從日本、美國、荷蘭和保加利亞等國引進了不下40套的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備，雖然引進的這些溫室設(shè)備技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進，但在我國的使用過程中還存在著較為嚴重問題，主要是由于我國自然氣候的特點和引進的設(shè)備不能相符合，導(dǎo)致設(shè)備不能發(fā)揮作用，加上設(shè)備的可改動性不大，因而

5、很難達到設(shè)備對溫室內(nèi)溫度、濕度等的合理控制。經(jīng)過多年來的研究和實驗，我國的溫室大棚技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)形成了比較完整和全面的體系。但在某些方面還有欠缺和需要改進地方，譬如說對溫室中溫度因子的控制水平、控制精度以及控制穩(wěn)定性方面都有待于進一步的提高。.2 單片機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展應(yīng)用單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路以及定時器計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制

6、器代替單片微型計算機這一名稱。“微控制器”更能反映單片機的本質(zhì)，但是由于單片機這個名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機”這一名稱。單片機的主要特點有：(1)具有優(yōu)異的性能價格比。(2)集成度高、體積小、可靠性高。(3)控制功能強。(4)低電壓，低功耗。單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域：由于單片機具有上述顯著的特點，因此，其應(yīng)用領(lǐng)域無所不至，在自動化裝置、智能化儀器儀表和家用電器等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。其典型的應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)控制，儀器儀表，電信技術(shù)，辦公自動化和計算機外部設(shè)備，汽車和節(jié)能，制導(dǎo)和導(dǎo)航，商用產(chǎn)品，家用電器等。因此，在本課題設(shè)計的溫度測控系統(tǒng)中，采用單片機實現(xiàn)溫度的控制。1.2.3

7、 課題設(shè)計的目的及意義由于我國的溫室大棚產(chǎn)業(yè)起步比較晚，發(fā)展時間短，造成我國的溫室大棚技術(shù)水平比較低，現(xiàn)代化管理程度不高，溫室大棚環(huán)境監(jiān)測條件差等狀況。因此迫切需要在技術(shù)上進一步的進行改進和提高。這種設(shè)計方案實現(xiàn)了溫度實時測量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強，具有較高的測量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡單方便，性價比高，可維護性好。這種溫度測控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實現(xiàn)對溫度的實時控制，是一種比較智能、經(jīng)濟的方案，適于大力推廣，以便促進農(nóng)作物的生長，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益。1.3課題研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進行采集，利

8、用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓變化輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其值由單片機處理，最后由單片機去控制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實際溫度，同時通過比較，對大棚內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進行分析。如果超過我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制，溫度報警系統(tǒng)將進行報警，同時自動對大棚內(nèi)的溫度進行控制。論文的具體章節(jié)安排如下：第1章緒論，介紹論文的研究背景和意義以及本論文的主要研究內(nèi)容。第2章系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，主要介紹器件的選擇、工作原理和注意事項及系統(tǒng)原理圖。第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計，完成系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。第4章系統(tǒng)的測試，完成對系統(tǒng)的檢測。最后給出了溫度控制系統(tǒng)的運行結(jié)果并進行分析，同時

9、提出了系統(tǒng)的優(yōu)缺點。系統(tǒng)的總體框圖如1.1。溫度采集信號放大A/D轉(zhuǎn)換單片機存儲電路數(shù)碼管顯示越限報警按鍵電路圖1.1 系統(tǒng)總體框圖2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 采集模塊設(shè)計 傳感器的選擇測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過了三個階段：1、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)。2、模擬集成溫度傳感器/控制器。3、智能溫度傳感器。模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上，可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、

10、測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590，AD592等。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)和可編程溫度控制器，某些增強型集成溫度控制器中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)晶。目前，國際上已開始發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部

11、都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片機測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器DS18B20作

12、為溫度測量裝置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。方案的確定：方案一：采用智能溫度傳感器DS18B20采集數(shù)據(jù)。方案二：采用鉑電阻溫度傳感器PT100采集數(shù)據(jù)。2.1.2 DS18B20簡介1、DS18B20的管腳DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其管腳排列圖如圖2.1。UDDII/OGNDDS18B20I/OGNDNCNCDS DS18B2012132438765NCNCNCVCCPR-35封裝SOSI封裝圖2.1 DS18B20封裝圖I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。UDD是可供選用的外部電源端，不用時接地

13、，GND為地，NC空腳。2、DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)它主要包括7部分：寄生電源；溫度傳感器； 64位激光(loser)ROM與單線接口；高速暫存器，即便筏式RAM，用于存放中間數(shù)據(jù)；TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器，分別用來存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值；(6)存儲和控制邏輯；8位循環(huán)冗余校驗碼(ORC)發(fā)生器。3、DS18B20的控制方法在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法。一種是DS18B20的UDD接外部電源，GND接地，其I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時DS18B20的UDD、GND接地，其I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，DS18B

14、20的I/O口線要接5K左右的上拉電阻。原理圖如圖2.2。圖2.2 采集原理圖4、DS18B20使用的注意事項DS18B20雖然具有系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際使用中也應(yīng)注意以下問題：(1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。(2)在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，在單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題。(3)連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。

15、(4)在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。2.1.3 PT100簡介及原理鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測量準(zhǔn)確度高、測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫(-200650)范圍的溫度測量中。 PT100是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件，在-50600范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點。由于鉑電阻的阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進行非

16、線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實測的AD值以查表方式計算相應(yīng)溫度值。 本次設(shè)計中采用的是精度較高的PT100，常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測溫電路，一為恒流源式測溫電路。其中圖2.3為三線制橋式測溫電路，2.4為兩線制橋式測溫電路，2.5為恒流源式測溫電路。原理圖如下。圖2.3

17、 三線制接法橋式測溫電路圖2.4 兩線制接法橋式測溫電路圖2.5 恒流源式測溫電路電路分析：1、橋式測溫電路橋式測溫的典型應(yīng)用電路如圖2-3和2-4所示（圖2-3和圖2-4均為橋式電路，分別畫出來是為了說明兩線制接法和三線制接法的區(qū)別)。在此我們采用的是三線制橋式接法。 測溫原理：電路采用TL431和電位器VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源，采用R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測量電橋（其中R1R2，VR2為100精密電阻），當(dāng)Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時，電橋輸出一個mV級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差

18、動放大電路中R3R4、 R5R6、放大倍數(shù)R5/R3，運放采用單一5V供電。設(shè)計及調(diào)試注意點： (1) 同幅度調(diào)整R1和R2的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大?。?(2) 改變R5/R3的比值即可改變電壓信號的放大倍數(shù)，以便滿足設(shè)計者對溫度范圍的要求； (3) 放大電路接成負反饋方式；(4) VR2也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點設(shè)定，例如Pt100的零點溫度為0，即0時電阻為100，當(dāng)電位器阻值調(diào)至109.885時，溫度的零點就被設(shè)定在了25。測量電位器的阻值時須在沒有接入電路時調(diào)節(jié)，這是因為接入電路后測量的電阻值發(fā)生了改變； (5) 理論上，運放輸出的電壓為輸入壓差信號放大

19、倍數(shù)，但實際在電路工作時測量輸出電壓與輸入壓差信號并非這樣的關(guān)系，壓差信號要比理論值小很多；(6) 電橋的正電源必須接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)，因為如果直接VCC的話，當(dāng)網(wǎng)壓波動造成VCC發(fā)生波動時，運放輸出的信號也會發(fā)生改變。 2、恒流源式測溫電路 測溫原理：通過運放U1A將基準(zhǔn)電壓4.096V轉(zhuǎn)換為恒流源，電流流過Pt100時在其上產(chǎn)生壓降，再通過運放U1B將該微弱壓降信號放大（圖中放大倍數(shù)為10），即輸出期望的電壓信號，該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。 根據(jù)虛地概念“工作于線性范圍內(nèi)的理想運放的兩個輸入端同電位”，運放U1A的“+”和“-”端電位V+V-4.096V；假設(shè)運放U1A的輸出腳1對地電壓為

20、Vo，根據(jù)虛斷概念，V-和R1均不變，因此圖3-4虛線框內(nèi)的電路等效為一個恒流源流過一個Pt100電阻，電流大小為V- /R1，Pt100上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關(guān)。 設(shè)計及調(diào)試注意點： (1)電壓基準(zhǔn)源可以采用TL431按圖2-3的電路產(chǎn)生可調(diào)的。 (2)等效恒流源輸出的電流不能太大，以不超過1mA為準(zhǔn)，以免電流大使得Pt100電阻自身發(fā)熱造成測量溫度不準(zhǔn)確。(3)運放采用單一5V供電，如果測量的溫度波動比較大，將運放的供電改為15V雙電源供電會有較大改善。 (4)電阻R2、R3的電阻值取得足夠大，以增大運放的U1B的輸入阻抗。 2.2 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 芯片的選擇題目所要求測量度精度為

21、1，測溫的范圍應(yīng)該為室溫所要求的最高溫度和最低溫度，即0100，這就決定了A/D轉(zhuǎn)換的最低分辨率不低于1/100，在此處用的A/D轉(zhuǎn)換器為TLC1549，它是美國德州儀器公司生產(chǎn)的10位、開關(guān)電容、逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。他采用CMOS工藝，具有2個數(shù)字輸入端和1個3態(tài)輸出端(芯片選擇、輸入輸出時鐘和數(shù)據(jù)輸出) ，提供了與主處理器串行端口的3 線接口。管腳圖如圖2.6。圖2.6 管腳圖 芯片的特點1、芯片的特點10 位分辨率A /D轉(zhuǎn)換器的特點：具有內(nèi)在的采樣和保持；采用差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入；內(nèi)系統(tǒng)時鐘；按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍；總不可調(diào)整誤差達到1 L SBMax (418mV )。2、工作環(huán)

22、境(1) 電源電壓范圍：- 0.5 6.5 V(2) 輸入電壓范圍：- 0.3VCC+ 0.3 V(3) 輸出電壓范圍：- 0.3VCC+ 0.3 V(4) 正基準(zhǔn)電壓：VCC+ 0.1 V(5) 負基準(zhǔn)電壓：- 0.1 V(6) 工作溫度范圍(自然通風(fēng)) ：0 70 (7) 峰值輸入電流(任何輸入端) ：20 mA(8) 峰值總輸入電流(所有輸入端) ：30 mA 存儲模塊設(shè)計 芯片的選擇AT24C02提供電可擦除的串行1024位存儲或可編程只讀存儲器(EEPROM)256字(8位/字)。特點為：(1)低壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓運行模式； 2.7 (VCC = 2.7V to 5.5V) 1.8 (VC

23、C = 1.8V to 5.5V)(2)內(nèi)建128x8存儲序列；(3)2線制串行接口；(4)雙向數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，100kHz(1.8V,2.5V,2.7V) 400kHz(和5V) 兼容；(5)4字頁寫方式；(6)寫同步時鐘(最大10ms)，高可靠性；(7)不斷推進的芯片等級擴大了設(shè)備的可用溫度范圍。 芯片的工作原理在本設(shè)計中用芯片AT24C02的SDA端與單片機的P2.5口相連，SCL端與單片機的P2.6口相連。因為在這個I2C總線上只有一個器件，所以把AT24C02的地址設(shè)為000，即把A0、A1、A2都接地。數(shù)據(jù)通過SDA、SCL向AT24C02輸送數(shù)據(jù)。單片機首先向AT24C02發(fā)送寫信

24、號，當(dāng)確認后從單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)儲存單元提取數(shù)據(jù)然后向AT24C02的內(nèi)部地址傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)顯示溫度時，單片機首先向AT24C02發(fā)送讀信號，然后確認后，單片機從AT24C02內(nèi)部的地址向單片機的讀出單元字節(jié)讀出數(shù)據(jù)，供顯示所用。原理圖如圖。圖2.7 數(shù)據(jù)存儲原理圖2.4 單片機控制模塊單片機軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種控制看法和邏輯控制。可實現(xiàn)數(shù)碼顯示和鍵盤設(shè)定等多種功能，原理圖如圖。圖2.8 控制電路原理圖此方案采用AT89S51單片機系統(tǒng)為核心來對溫度進行實時控制。AT89S51的極限參數(shù)：工作溫度-55125，存儲溫度-65150，任一引腳對地電壓1.0V7.0V，最大工作

25、電壓6.6V，ADC輸出電流15.0mA，滿足整體電路設(shè)計的要求。 顯示模塊設(shè)計顯示器模塊由四位一體的共陰數(shù)碼管和1個驅(qū)動芯片組成。原理圖如圖。圖2.9 顯示模塊原理圖單個LED是由7段發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示單元。有10個引腳，對應(yīng)于7個段、一個小數(shù)點和兩個公共端。在顯示電路中，這些發(fā)光二極管有兩種接法：共陽極接法和共陰極接法。本設(shè)計中需要用4個LED組成顯示單元，并采用動態(tài)顯示方式。由于使用4個單個LED進行顯示的連線比較復(fù)雜，同時單片機的端口驅(qū)動能力也難以保證，而需要加入專門的驅(qū)動芯片。所以，采用了4個LED連體的、內(nèi)部已將其相應(yīng)段接好的共陰極LED，它具有12個引腳，含7個段和4個公共端，

26、為提高數(shù)碼管的亮度，可在位選線上加入一個三極管驅(qū)動電路。由單片機控制的顯示電路中，要選取合適的電阻，才能保證LED的亮度，過大或者過小都無法讓LED正常顯示。若考慮印制板布線的方便，可以采用貼片電阻和排阻來節(jié)省空間。 按鍵模塊設(shè)計在一個系統(tǒng)中顯示部分是輸出部分，而按鍵則是系統(tǒng)的輸入部分，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)人機通信?，F(xiàn)在的設(shè)備中把按鍵作為輸入設(shè)備幾乎是必不可少的。按鍵作為控制的輸入其重要性不言而喻。普通的4腿按鍵實際上是分兩組，每組中的兩個是相通，而兩組直接是通過上面的按鈕來控制通段狀態(tài)的。簡單理解成開關(guān)就可以了，按下去兩端就形成短路，松開手就形成開路。單片機就是通過判斷是

27、否短路，而獲得這個按鍵是否被人按下。原理圖如圖。圖2.10 按鍵控制電路 報警模塊設(shè)計本文中所設(shè)計的報警電路較為簡單，由一個自我震蕩型的蜂鳴器（只要在蜂鳴器兩端加上超過3V的電壓，蜂鳴器就會叫個不停）。在溫度達到一定的上界或者下界時（在文中我們設(shè)置的上界溫度是100，下界溫度是0），報警電路開始工作。原理圖如圖2.11。圖2.11 報警電路原理圖3 軟件系統(tǒng)設(shè)計 軟件系統(tǒng)的整體設(shè)計本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、溫度采集模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，顯示、按鍵和報警模塊構(gòu)成。總體框圖如圖3.1。初始化模塊EEPROM數(shù)據(jù)存儲模塊溫度顯示模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊溫度采集模塊塊塊溫度顯示模塊

28、E2PROM數(shù)據(jù)讀出模塊中斷服務(wù)模塊E2PROM數(shù)據(jù)讀出模塊圖3.1 程序設(shè)計總體框圖3.2 鍵盤/顯示程序設(shè)計1、顯示程序段八段LED數(shù)碼管顯示原理是通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二級管是否點亮從而顯示不同字形的。數(shù)碼管的顯示分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，靜態(tài)顯示的特點是各LED管能穩(wěn)定地同時顯示各字形；動態(tài)顯示是指LED輪流地一遍一遍顯示各字符，人們由于視覺器官惰性，從而看到的是各LED似乎在同時顯示不同字形。為了減少硬件開銷，提高系統(tǒng)的可靠性并降低成本，單片機控制系統(tǒng)通常采用動態(tài)掃描顯示，而在此程序中采用的就是動態(tài)顯示。程序流程圖就不再介紹。動態(tài)顯示采用軟件法把欲顯示的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)

29、換為相應(yīng)字形碼，故它通常需要在RAM區(qū)建立一個顯示緩沖區(qū)。顯示緩沖區(qū)內(nèi)包含的存儲單元個數(shù)常和系統(tǒng)中LED顯示器的個數(shù)相等。顯示緩沖區(qū)的起始地址很重要，它決定了顯示緩沖區(qū)在RAM中的位置。顯示緩沖區(qū)中的每個存儲單元用于存放相應(yīng)LED顯示管欲顯示字符在字形碼表中的地址偏移量，故CPU可以根據(jù)這個地址偏移量通過查字形碼表找出所需顯示的字形碼，以便送到字形口顯示。2、鍵盤的處理程序在設(shè)計中，對于按鍵的消抖采用了軟件消抖的方法，有效的節(jié)約了成本。按鍵的處理程序流程圖略。4 系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試使用的測試工具有：1、DT92N萬用表一塊；2、+12V直流電源一個；3、MCS-51C語言編譯器；4、AT89S5

30、1串行下載線一條；本設(shè)計的測試分為硬件測試和軟件測試兩類。 系統(tǒng)硬件測試自制前應(yīng)先對各元件其質(zhì)量及參數(shù)進行細心的檢測，再根據(jù)所需的體積設(shè)計一款合適的線路板。總而言之，良好的元件質(zhì)量、合適的印板布局是有效提高自制成功率的保證。用數(shù)字集成電路檢測儀對LED數(shù)碼管進行檢測，檢測方法由自己確定。 (1)將元器件插入印制板相應(yīng)位置，并焊接、剪腳。(2)焊接電源引腳。在整機調(diào)試前還需仔細檢查如下幾個方面：(1) 各級不同的半導(dǎo)體管有無誤裝，管腳安裝是否正確，線路的連接和元件的安裝是否有誤，電解電容“+”，“”極性是否裝接正確。(2) 輸入輸出是否焊對。(3) 各焊點有無虛焊、漏焊、碰焊，多股線有無斷股。(

31、4) 將歪斜的元件扶直排齊，排除元器件裸線相碰之處。線頭等異物應(yīng)清理干凈。 系統(tǒng)軟件測試用Keil uvision2對51系列單片機程序編寫時，可借助該軟件對所編寫的程序進行調(diào)試，將源程序按規(guī)定的格式輸入到PC機。手工編寫：這種方法是最原始，但又是一種最簡捷的調(diào)試方法，且不必增加調(diào)試設(shè)備。這種方法的實質(zhì)就是按照單片機的一些C語言編程，將源程序輸入計算機。在進行編程時，要特別注意延時程序、采集數(shù)據(jù)、計算的程序。必須準(zhǔn)確無誤地計算，以免出錯。同時，在編寫顯示和按鍵程序時需注意以下問題：(1)顯示部分必須要保證顯示無閃爍既無錯誤。(2)在某個鍵按下的時候，被按鍵的簧片總會有輕微抖動，這種抖動常會持續(xù)

32、10ms左右，因此，CPU在按鍵抖動期間掃描鍵盤必然會得到錯誤的鍵號，因此軟件的消抖對系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。5 總 結(jié)隨著社會的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視溫度因素，許多產(chǎn)品對溫度范圍要求嚴格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量，同時還有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。因此，一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測控系統(tǒng)的設(shè)計就成為當(dāng)今的熱點。本課題就是在這樣的形式下，提出一種基于單片機的溫度測控系統(tǒng)用于溫室大棚內(nèi)溫度的控制，以提高大棚農(nóng)作物的產(chǎn)量，增加其經(jīng)濟效益。本次設(shè)計主要是針對溫室大棚內(nèi)溫度因

33、子的檢測與控制，主要涉及單片機、傳感器等元件的選取與應(yīng)用，以及鍵盤輸入、顯示電路、報警電路等硬件方面的設(shè)計。這樣由單片機、傳感器及外圍設(shè)備組成一個完整的溫室溫度檢測與控制系統(tǒng)。通過這次制作，我有很大的收獲。首先，在制作過程中使理論和實踐相結(jié)合，加深了對理論知識的理解。理論是在理想狀態(tài)下的真理，所以我們應(yīng)該多實踐，不能拘泥于理論知識。其次，動手能力有了很大的提高。第三，在PCB制圖中也學(xué)到了許多的東西，整個設(shè)計過程加深了我對PROTEL的理解。而且此次設(shè)計還有很多不足之處，由于精力所限此次設(shè)計只涉及到了溫度，沒有涉及濕度、CO2濃度、光照度等的控制，還有待于進一步研究和改進。總之，這次制作使我受

34、益非淺。還有許多需要學(xué)習(xí)提高的，今后我會更加努力。附錄1：系統(tǒng)的主要原理圖如圖1。圖1 原理圖附錄2：系統(tǒng)的部分程序如下：#includesbit AD_DAT=P10;sbit AD_CLK=P11;sbit AD_CS=P12;sbit c1=P20;sbit c2=P21;sbit c3=P22;sbit c4=P23;sbit SCL=P25;sbit SDA=P24;unsigned char time_num;unsigned char a16=0 xfc,0 x60,0 xda,0 xf2,0 x66,0 xb6,0 xbe,0 xe0,0 xfe,0 xf6,0 xee,0 x

35、3c,0 x9c,0 x7a,0 x9e,0 x8e;/共陰數(shù)碼管void init()/50ms定時（12M）TMOD=0 x01;TH0=0 xd8;TL0=0 xf0;IE=0 x82;TR0=1;/*數(shù)碼管顯示程序段*/void delay(unsigned char x)unsigned int i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=0;j10;j+);unsigned int adjust(unsigned int m)unsigned int i,a; unsigned int j,b;unsigned int k;a=(m/1000)12;b=(m%1000)/100

36、)8;i=(m%100)/10)12)&0 x0f;if(i=0)P0=0 x00;elseP0=ai;c1=0;delay(10);c1=1;c=(x12)&0 x0f;i=(x8)&0 x0f;if(c=0)&(i=0)P0=0 x00;elseP0=ai;c2=0;delay(10);c2=1;c=(x12)&0 x0f;b=(x8)&0 x0f;i=(x4)&0 x0f;if(c=0)&(b=0)&(i=0)P0=0 x00;elseP0=ai;c3=0;delay(10);c3=1;i=x&0 x0f;P0=ai;c4=0;delay(10);c4=1;void Led_displa

37、y(unsigned int dat)dat=adjust(dat);display(dat);/*數(shù)碼管顯示程序段*/*1549A/D程序段*/unsigned int AD_Dat()unsigned int dat=0;unsigned char i;AD_CS=1;delay(1);AD_CS=0;for(i=0;i10;i+)dat=1;AD_CLK=0;if(AD_DAT=1)dat=dat|1;AD_CLK=1;AD_CS=1;return dat;/*1549A/D程序段*/*24c01讀寫數(shù)據(jù)程序段*/void ROM_start(void) SDA = 1; SCL = 1

38、; SDA = 0; SCL = 0; void ROM_stop(void) SDA = 0; SCL = 1; SDA = 1; bit ROM_ack(void) bit ack; SDA = 1; SCL = 1; if (SDA=1) ack = 1; else ack = 0; SCL = 0; return (ack); void send_byte(unsigned char x)unsigned char i;for(i=0;i8;i+)if (x i) & 0 x80) SDA = 1; else SDA = 0; SCL = 1; SCL = 0; unsigned ch

39、ar recive_byte()unsigned char i; unsigned char j; for(i=0;i8;i+) SCL = 1; j=j1; if (SDA=1) j=j|0 x01; SCL = 0; return j;void ROM_Write(unsigned char Address,unsigned char Data) do ROM_start(); send_byte(0 xA0); while(ROM_ack(); send_byte(Address); ROM_ack(); send_byte(Data); ROM_ack(); ROM_stop(); Unsigned char ROM_Read(unsigned char Address) unsigned char x; do ROM_start(); send_byte(0 xA0); while(ROM_ack(); send_byte(Address); ROM_ack(); do ROM_start();